Способ получения тетрафторметана

 

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения тетрафторметана, применяемого как низкотемпературный хладагент, реагент для сухого травления полупроводников, ингибитор горения. Способ включает фторирование трифторметана фтором, содержащим кислород, в присутствии тетрафторметана при повышенной температуре. При этом используют трифторметан, предварительно подогретый до 100-400^oС, и фтор, содержащий 0,05-0,2 мас.% кислорода, и процесс проводят в реакторе, заполненном металлической насадкой, подходящей для условий реакции, такой, как насадка из меди, никеля и хрома, в присутствии в качестве разбавителя тетрафторметана в количестве 5-90 мас.% по отношению к фтору. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области органической химии, в частности к области получения тетрафторметана, применяемого как хладагент для получения низких температур, реагент для сухого травления в электронной промышленности, ингибитор пламени.

Описано получение тетрафторметана каталитическим фторированием тетрахлорметана фтористым водородом в присутствии катализатора эмпирического состава СrО₃Р₃, приготовленного фторированием гидроокиси хрома при температуре до 600^oС. Мольное соотношение CCl₄:HF равно 2,92:14,0.

Недостатками указанного способа являются низкий выход тетрафторметана 92,5%, наличие в готовом продукте недофторированных веществ, а именно трифтормонохлорметана, использование катализатора, который предварительно необходимо получить из окиси хрома [патент США N 3752850, oпубл. 14.08.73, нац. кл. 260-544F], что усложняет технологическую схему процесса в целом.

Известен также способ производства тетрафторметана совместным сжиганием фтора и трифторхлорметана [патент США N 2895999, oпубл. 21.07.59].

Недостатками способа являются низкая конверсия 67%; необходимость использования избыточного количества исходного трифторхлорметана, который загрязняет целевой продукт; образование в процессе агрессивных продуктов, таких как фториды хлора (это увеличивает опасность процесса); необходимость дополнительной очистки готового продукта от хлора, фторидов хлора, что усложняет технологическую схему.

Наиболее близким по технологической сущности и совокупности существенных признаков является способ получения тетрафторметана реакцией трифторметана с избытком фтора в трубчатом реакторе [патент США N 3414628, oпубл. 03.12.68, нац. кл. 260-653.8].

Недостатком способа является повышенная опасность процесса вследствие: - подачи в реакционную зону неразбавленного инертом фтора; - нагревания фтора до высокой температуры 200 - 600^oС в зоне ввода фтора в реактор, что способствует преждевременной диссоциации фтора на активные атомы и бурному началу реакции в зоне смешения с трифторметаном, приводящему к неуправляемому развитию процесса; - проведения реакции фторирования в полом реакторе, что приводит к возникновению местных перегревов и, в итоге, резкому неуправляемому повышению температуры.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения тетрафторметана без указанных выше недостатков.

Поставленная цель достигается методом фторирования галогенсодержащих углеводородов, в частности трифторметана, предварительно нагретых до 100-400^oС.

Фтор в зону реакции подается без предварительного нагревания. В качестве инертного разбавителя используется тетрафторметан в количестве 5-90% по отношению к фтору.

Использование в качестве разбавителя фтора тетрафторметана снимает опасность фторирования и не приводит к загрязнению продукта реакции.

Подаваемый на синтез фтор содержит 0,05-0,2% кислорода.

Процесс фторирования галогенсодержащих углеводородов происходит в реакторе, заполненном металлической насадкой (например, медь, никель, хром), что облегчает равномерное распределение тепла в зоне реакции и стабилизации процесса.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Фторирование трифторметана осуществляют в стальном реакторе, заполненном медной стружкой. Реактор снабжен рубашкой для подачи охлаждающей воды. В нижнюю часть реактора подается предварительно нагретый до температуры 200^oС трифторметан в количестве 100 л/час. Фтор, содержащий 0,05 мас.% кислорода и 99,95 мас.% фтора, вводится в нижнюю часть реактора. В нижнюю часть реактора подается тетрафторметан в количестве, равном 5% от подаваемого фтора. Температура в зоне реакции поддерживается на уровне 100^oС. Продукты реакции очищают от фтористого водорода конденсацией последнего в ловушке при температуре -10^oС. Несконденсировавшийся фтористый водород поглощается поглотителем известковым в колонке.

Состав продукта по данным хроматографического анализа в мас.%: CF₄ - 99,8; С₂F₆ - 0,2 ( с учетом тетрафторметана, поданного на разбавление фтора).

Пример 2. Получение тетрафторметана проводится в условиях примера 1. Содержание кислорода во фторе 0,2%. Количество подаваемого на разбавление тетрафторметана 90% по отношению к фтору. Трифторметан предварительно нагревали до температуры 400^oС. Реактор заполнен никелевой стружкой.

Состав продукта после отделения фтористого водорода в мас.%: CF₄ - 99,95; С₂F₆ - 0,05.

Пример 3. Получение тетрафторметана проводится в условиях примера 1. Фторирование осуществляется в полом реакторе. Количество подаваемого на разбавление CF₄ - 5,0 % по отношению к фтору. Расход фтора 102 л/ч. Состав продукта после отделения фтористого водорода в мас.%: CF₄ - 93,4; С₂F₆ - 5,0; C₃F₈ - 1,0 ; C₄F₁₀ - 0,6.

Формула изобретения

1. Способ получения тетрафторметана фторированием трифторметана фтором, содержащим кислород, в присутствии тетрафторметана при повышенной температуре, отличающийся тем, что используют трифторметан, предварительно подогретый до 100-400^oС, и фтор, содержащий 0,05-0,2 мас.% кислорода, и процесс проводят в реакторе, заполненном металлической насадкой, подходящей для условий реакции, в присутствии тетрафторметана в количестве 5-90 мас.% по отношению к фтору в качестве разбавителя.

2. Способ получения тетрафторметана по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлической насадки используют насадку из меди, никеля и хрома.